Насосная станция второго подъема


ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение профессионального высшего образования “Сибирский государственный индустриальный университет” КАФЕДРА “ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ” ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

“НАСОСНАЯ СТАНЦИЯ ВТОРОГО ПОДЪЕМА”

По дисциплине “Насосные и воздуходувные станции”

СТУДЕНТ

________________ Т. Б

(Подпись)

РУКОВОДИТЕЛЬ ________________ Любовский З. Е

(Подпись)

Новокузнецк 2010г.

Задание на курсовой проект

ВариантПроизводительность, м3 /сут, 103Расход при пожаре, л/сКоэффициент часовой неравномерности КчДлина напорного водовода, кмПотери в сети города при максимальной подаче, мОтметки уровней, м
Максимальный в РЧВМинимальный в РЧВДна РЧВВ водонапорной башнеВ контррезервуарев точке схода потоковВ конце водопр. сетиВ точке пожараЗемли у зданя на-сосной станции
1160751,308,615,151,547,145,689,967,268,155,7

Этажность застройки – 5, длина всасывающих водоводов 0,14 км

Содержание

Введение 1 Гидравлическая схема насосной станции 2 Расчетные подачи насосной станции 3 Напоры насосов 4 Расчет характеристик водопроводной сети 5 Выбор насосов 6 Проектирование машинного зала 6.1 Расчет машинного зала в плане 6.2 Высотная компоновка машинного зала 6.3 Выбор трансформаторов 6.4 Подбор дренажных насосов 7 Расчет параметров насосной станции Список использованных источников Введение

Целями данного курсового проекта является: овладение навыками решения задач по гидравлическим расчетам, выбору насосов, анализу совместной работы насосов и водопроводной сети, компоновке оборудования и строительных конструкций, оценке занятости насосных агрегатов, расходу электроэнергии.

1 Гидравлическая схема насосной станции

По данным задания принимается система с контррезервуаром в конце сети (рисунок 1).

Рисунок 1 – Гидравлическая схема насосной станции

2 Расчетные подачи насосной станци и

Расчетные подачи станции вычисляются в таблице 1

Таблица 1 – Расчетные подачи станции

ПодачиРасчет, л/сПримечание
МаксимальнаяQст. макс = 0,9Рмакс Qсут /100 = =0,9*5,6*60000/(100*3,6) = 840 л/с

Pмакс =5,6%,

Рмин =2,5%;

МинимальнаяQст. мин = 1,1Рмин Qсут /100 = =1,1*2,5*60000/(100*3,6)=458,3 л/с
При аварии на водоводахQав ³ 0,7Qст. макс ³ 0,7*840 =588 л/с
При пожареQстп = Qст. макс + q = 840 +75=915 л/с

3 Напоры насосов

Подбираются трубопроводы для всасывающей и напорной линии. Количество всасывающих линий и напорных линий согласно [2, п.7.5, 7.6] должно быть не менее двух. Выполняется гидравлический расчет трубопроводов (таблица 2), с учетом того, что всасывающие трубы определяются на расход 840 л/с, а напорные на подачу Qн =840/2=420 л/с. Подбираются трубы согласно [2], материал – сталь, диаметры определяются по [3].

Всасывающие водоводы:

Потери во всасывающих водоводах, hвс, м, вычисляем по формуле

, (1)

Где – местные сопротивления – плавный вход в трубу, отвод и задвижка,

∑xвх =0,2 м,

∑xо =0,6 м,

∑xз =0,2 м

= 0,2+0,6+0,2=1,0 м;

Lвс – длина всасывающего водовода, Lвс = 0,14 км.

Hвс = 1*1,312 /(2*10)+1,22*0,14=0,256м.

Напорный водовод:

Потери в напорных водоводах hн, м, составляют

, (2)

Где K- коэффициент, учитывающий местные потери, K=1,1;

Lн – длина напорного водовода, Lн = 8,6 км.

Таблица 2 – Расчет всасывающих и напорных водоводов

Всасывающие водоводыНапорные водоводы
Q, л/сDу, ммV, м/с1000iЧисло трубQ, л/сDу, ммV, м/с1000iЧислотруб
84010001,311,2224208001,071,972
Потери напора hвс =0,256Потери напора hн =18,3

Определение напоров сведено в таблицу 3

Таблица 3 – Расчетные напоры

НапорыРасчетПримечание
СтатическиеMaxНмаксст =Zдпсп – Zmin +hcв =26м-свободный напор при max режиме
=67,2-47,1+26=46,1 м
ТранзитНтрст = Zр – Zmin =
ПожарНстп = Zдтп – Zд +10=10м-свободный напор при пожаре
=68,1-45,6+10=32,5 м
АварияНст =Нставария =46,1 м
НасосыMaxНн =Нст +hн +hвс +hмз +hс +hвдм =Hмз =3м, hс =15,1м.
=46,1+18,3+0,3+3+15,1+3,84=86,64 м
ПожарНнп =Нстп +Σh(Qп /Qmax )2 =
=32,5+40,54(915/840)2 =80,60 м
ТранзитНнтр =Нсттр +Σh(Qтр /Qmax )2 =
=42,8+40,54(458,3/840)2 =54,86 м
АварияНнав =Нстав +(Σh-hн ) +4* hн =
=46,1+(40,54-18,30)+2,5*18,30=114,54 м

Сумма потерь,будет равна

(3)

Где hмз – потери напора в пределах машинного зала, hмз =3м;

Hс – потери в сети города, hс =15,1м;

Hвдм – потери в диафрагме, определенные по формуле

(4)

Где m- относительное сужение потока диафрагмой, m=0,2.

М.

4 Расчет характеристик водопроводной сети

Характеристики водопроводной сети имеют вид

Нс = Нст + Sh = Нст + КQ2 , (5)

Где Нст – высота подъема воды, м; Sh – сумма потерь напора, м;

К = Sh/Q2 – коэффициент сопротивления водопроводной сети.

При подаче воды в контррезервуар (транзит) и на тушение пожаров потери напора определяются по формулам

Shтр = Sh(Qтр /Qмакс )2 , (6)

Shп = Sh(Qп /Qмакс )2 ; (7)

Где Qмакс – максимальная подачи станции; Qмакс =0,840 л/с;

Qтр – подачи станции при транзите; Qтр =0,458 л/с

Qп – подачи станции при пожаре; Qп =0,915 л/с;

Sh – потери напора, м.

Коэффициенты сопротивления водопроводной сети будут равны

Кр =40,54/0,8402 =57,45 с2 /м5 ,

Ктр =12,07/0,4582 =57,54 с2 /м5 ,

Кпож =48,10/0,9152 =57,45 с2 /м5 ,

Кав =68,44/0,5882 =197,94с2 /м5 .

Расчет характеристик водопроводной сети сводят в таблицу 4.

Таблица 4 – Уравнения характеристик водопроводной сети

Расчет характеристики сети, с2 /м5Примечание
Нс = 46,1+57,45*Q2Рабочий
Нс = 42,8+57,54*Q2Транзит
Нс = 35,2+57,45*Q2Пожар
Нс = 46,1+197,94*Q2Авария

5 Выбор насосов

Число рабочих насосов подобрано, руководствуясь соотношение

N=Qмакс /Qмин, n=840/458,3=1,83″2 насоса

По расчетной подаче Qсут. макс = 840 л/с и напору Нн =86,64 м принимаются насосные агрегаты Д2000-100, n = 960 об/мин, D=855 мм, два рабочих с подачей Qн =840/2=420 л/с и два резервных согласно [2, п.7.3], уравнение напорной характеристики Н=121-75Q2 .

Правильность выбора насосов проверяется уравнением:

Hн =Hс.

46,1+57,45Q2 =121-75Q2 /4

Q=991 л/с,

H=102,6 м.

∆Q=(Qд – Qр )/Qр *100%=(991-840)/840*100%=17,9% .

∆H=(Hд – Hр )/Hр *100%=(102,6-86,6)/86,6*100%=18,5%.

Так как Qд превышает Qр более 10%, то насосы подвергаются обточке рабочих колес.

Диаметр обточенного колеса Добт, мм, определяется по формуле

Добт = , (8)

Где Qобт – подача насоса с обточенным колесом;

Q – подача насоса с родным колесом;

Добт – диаметр обточенного рабочего колеса.

Значение Qпод находят из уравнения

Hн = КQ2 , (9)

Где Н = КQ2 , ее постоянная К =.

К ==122,7

121-75Q2 /4=122,7 Q2 ÞQпод = 0,925 м3 /с.

Добт =0,860*855/0,925 =795мм.

В характеристике насоса с Добт начальную ординату а0обт вычисляют из соотношения Нобт = Нс, откуда

Ao -75 Q2 /4 = 46,1+57,45 Q2 Þao = 100 м.

Получим Н=100 – 75.

Мощность электродвигателя находится по формуле

Nдв = KρgQ1н Н1н /1000ηн, (10)

Где Q1н, Н1н – подача и напор одного насоса;

ηн – КПД насоса при подачи Qн =420 л/с, ηн = 73%;

K – коэффициент запаса;

Nдв = 1,1*1000*9,8*420*86,6/1000*0,73=537 квт.

Таблица 5 – Насосные агрегаты

ПараметрыНаименование, величинаПримечание
Расчетные подача и напорQсут. макс =840 л/с; Нн =86,6 м
Марка и масса агрегатаД2000-100, 8310 кг
Диаметр рабочего колеса795 мм
Скорость вращения960 об/мин
Мощность электродвигателя537 кВт
Число рабочих агрегатов2
Число резервных агрегатов2
Характеристика насосаН=100-75Q2Рисунок 3
Габариты агрегата35751550Рисунок 4
Размер монтажного пятна32721600Рисунок 5

Рисунок 2 – Первоначальная характеристика насоса

Д2000-100 n=960 об/мин, Д=795мм

Рисунок 3 – Характеристика насоса после обточки рабочего колеса

Рисунок 4 – Габариты агрегата

К размерам рамы добавлено по 100 мм на каждую сторону – это монтажное пятно 3272 ×1600 мм (рисунок 4).

Рисунок 5 – Размеры монтажного пятна

Рисунок 6 – Присоединительные размеры

6 Проектирование машинного зала

6.1 Расчет машинного зала в плане

Арматура машинного зала (рисунок 7) позволяет ремонтировать любой участок трубопровода, клапан или задвижку при работе насосов Спецификация труб приведена в таблице 6, арматура и фасонные части – в таблице 7, расчетные размеры машинного зала – в таблице 8.

Рисунок 7 – Схема машинного зала

Таблица 6 – Спецификация труб

ТрубопроводыПозицияЧисло трубDу, ммQ, л/сV, м/с
Всасывающий1210008401,31
Вс. коллектор2110008401,31
Вс. соединит. тр.348004201,07
Нап. соединит. тр.448004201,07
Нап. коллектор518004201,07
Напорный тр.628004201,07

Таблица 7 – Элементы схемы машинного зала

НаименованиеПозицияМарка, типКоличествоDу, ммL, ммL1 , ммH, ммМасса, кг
Задвижка730ч964нж51000190038355060
Задвижка830ч915бр13800100022152880
Обратный поворотный клапан9ИА440784800350805
Тройник1041000×8002100750546
Тройник1148001700670354
Сальниковый компенсатор1221000650650
Сальниковый компенсатор1310800650496
Переход144800×500685650
Переход154450×800800635
Водомер162
Отвод1721000
Вход в трубу182
Вставка1921000450
Вставка2011000800
Вставка2128001630

Таблица 8 – Расчетные размеры машинного зала, мм

Вдоль оси труб насоса № 1Перпенд. оси труб насоса № 1Вдоль всас. коллектораВдоль напорн. коллектора
От стены до задвижки 2315От стены до оси насоса 1000Тройник 750Тройник 670
Задвижка 1900Насос 1 – 3600Задвижка 1900Сальниковый компенсатор 650
Тройник 2100Между агрегатами 1 и 2-1200Сальниковый компенсатор 650Задвижка 1000
Сальниковый компесатор 650Насос 2 – 3600Вставка 450Вставка 1630
Задвижка 1000Между агрегатами 2 и 3-1200Тройник 2100Тройник 1700
Переход 685Насос 3 – 3600Задвижка 1900Задвижка 1000
Насосный агрегат 1550Между агрегатами 3 и 4-1200Вставка 800Вставка 2102
Переход 800Насос 4 – 3600Тройник 2100Тройник 1700
Обрат. клапан 350От насоса до стены – 1000Вставка 450Вставка 1630
Задвижка 1000Сальниковый компенсатор 650Задвижка 1000
Сальниковый компенсатор 650Задвижка 1900Сальниковый компенсатор 650
Тройник 1700Тройник 750Тройник 670
Задвижка 1000
От задвижки до стены-2300

Для облегчения ремонтных работ принимаются сальниковые компенсаторы.

При проектировании машинного зала в плане соблюдаются необходимые размеры: между насосными агрегатами – 1200 мм, между агрегатом и стеной 1000мм. Для выполнения всех расчетных размеров принимаются трубные вставки. Вдоль всасывающего и напорного коллектора сумма длин всех элементов составляет 18000 мм, вдоль осей агрегатов сумма элементов составляет 20000 мм. Учитывая унифицированные строительные конструкции (кратность 6м), монтажную площадку 6×4 для въезда автомобиля типа КРАЗ, а также замену насосных агрегатов более мощными, принимается здание машинного зала 18×30м. Колонны располагают через 6м. Вспомогательная часть располагается в пристройке к зданию машинного зала длиной 10м.

6.2 Высотная компоновка машинного зала

Заглубление машинного зала.

Отметки в подземной части машинного зала (рисунок 8):

Верх корпуса насоса 47,1-0,5=46,6 м;

Верх фундамента 46,6-1,660=44,94 м;

Ось насоса 44,94+1,045=45,985м;

Чистый пол 44,94-0,5=44,44м;

Заглубление 55,7-44,44=11,26м.

Стандартная высота заглубленной части (кратная 1,5м) принимается равной 12м.

Рисунок 8 – Схема заглубления машинного зала

Для обеспечения свободного доступа к задвижкам и другой арматуре применяются площадки обслуживания. Их располагают вдоль коллекторов, на 0,6м ниже самой низкой задвижки: 48,3-0,6=47,7м.

Принимаются лестницы:

Для доступа к заглубленной части – ширина лестницы 0,9м, угол наклона 450 ;

Для доступа к площадке обслуживания – ширина 0,7м, угол наклона 600 .

Для доступа к отдельным задвижкам и переходов через трубы – ширина 0,6м, угол наклона 600 .

Принимаются стандартные ворота 4,8 м5,4 м.

В качестве грузоподъемного механизма принимается мостовой кран, грузоподъемностью 10 тонн (рисунок 9).

Таблица 9 – Мостовой кран

Грузоподъемность, тПро –Размеры, ммЭ. дв., квтМасса, т
Лет, L, мHHL1
1010,5-34,5190050012007,517 – 34,9

Рисунок 9 – Мостовой кран

Принимается высотная схема насосной станции – полузаглубленный машинный зал. Высота надземной части строения определяется по формуле

Нстр = hп + hгр + hс + hз + hгм + hкр + hзаз ; (11)

Где hп – высота грузовой платформы транспорта, 1,5 м;

Hгр – высота транспортируемого груза, здесь максимальная высота – высота задвижки 4,3м;

Hс – высота строп, hс =0,5 м;

Hгм – высота механизма мостового крана в стянутом состоянии, hгм =h= 0,5м;

Hкр – высота кранового оборудования, hкр = H= 1,9 м;

Hзаз – величина зазора, hзаз = 0,2 м;

Нстр = 1,5+4,3+0,5+0,5+0,5+1,9 + 0,2 = 9,4м.

Принимается стандартная высота верхнего строения 9,6м (рисунок 10).

Рисунок 10 – Высотная схема машинного зала

Для того, чтобы машинный зал имел хорошее естественное освещение, общая площадь оконных проемов Q принимается не менее 12,5% площади пола q, т. е

Q=0,125q=0,125*(30*18)=67,5м2 .

На основании этого принимается 8 окон для заглубленной части машинного зала и 4 окна во вспомогательном помещении шириной каждого окна 3м и высотой 1,8м. В машинном зале также принимаются двери высотой 2,4м при их ширине 1м. Пол машинного зала выполняется с уклоном в сторону колодца для сбора дренажных вод.

6.3 Выбор трансформаторов

Мощность силовых трансформаторов S, кВ-А, определяется по формуле

, (12)

Где – коэффициент спроса, =1,1 (при мощности более 300квт);

– мощность двигателей основных насосов (без резервных), кВт;

– коэффициент полезного действия (КПД) двигателя, =0,9-0,95, =0,95;

Cosφ – коэффициент мощности электродвигателя, cosφ =0,85-0,9; cosφ =0,9;

10…50 – нагрузка от вспомогательного оборудования и освещения

кВ-А.

Принимается два силовых маслонаполненных трансформаторов ТСМ 1000/6-10 с массой каждого 3300кг, длиной 1660мм, шириной 2570мм и высотой 2570мм.

6.4 Подбор дренажных насосов

Подача дренажных насосов определяется по формуле

, (13)

Где – суммарные утечки через сальники, q1 =0,1 на один сальник, сальников 12;

=0,1*12=1,2л/с;

Q2 – фильтрация через стены и пол, определяется

Q2 = 1,5+0,001W, (14)

Где W – объем заглубленной части МЗ = 18*20*12=4320м3 ;

Q2 = 1,5+0,001*4320=5,82л/с,

л/с.

Принимается два дренажных насоса, марки ВКС 10/45, характеристики насоса приведены в таблице 9.

Таблица 9 – Дренажный насос

МаркаПодача, л/сНапор, мМощность, квтГабариты в планеНвакдоп, мМасса, кг
ВКС 10/455,0-11,185-30301200’4303315

7 Расчет параметров насосной станции

Потери напора на участках сети в машинном зале сведены в таблицу 10.

Таблица 10 – Потери напора на участках

Участок сетиПоз. На рис. 5Q, л/сDу, ммV, м/сXHуч, м
AB184010001,310,13
1721,2
70,2
101,5
BC1084010001,311,50,22
720,2
120,2
2
20
1021,5
CD134208001,070,20,2
80,20,2
140,10,090,1
3
EF154208001,070,250,24
91,7
80,2
41,5
111,5
FM1124208001,0730,18
820,4
5
21
130,2
MN84208001,070,2
180,5
16

Σhуч =0,86м это значительно больше hмз =3м, поэтому данные таблиц требуется пересчитать.

Уравнение характеристик водопроводной сети при максимальном водопотреблении, работы станции на один или полтора водовода:

=18,3+0,3+0,86+15,1+3,84=38,4 м,

Shп = Sh(Qп /Qмакс )2 = 38,4*(915/840)² = 45,5 м,

Shтр = Sh(Qтр /Qмакс )2 = 38,4*(458/840)² = 11,4 м,

Shав1 = (Sh-hн )+4*hн = (38,4-18,3)+4*18,3 = 73,3 м,

Shав1,5 =(Sh-hн )+2,5*hн =(38,4-18,3)+2,5*18,3 = 64,15 м.

Кр =38,4/0,8402 = 54,4л/с,

Кпож =45,5/0,9152 =54,4 с2 /м5 ,

Ктр =11,4/0,4582 =54,3 с2 /м5 ,

Кав 1 =73,3/0,5882 =212,1с2 /м5 .

Кав 1,5 =64,15/0,5882 =194,5 с2 /м5 .

Hр =46,1+54,4Q2 м,

Hп =32,5+54,4Q2 м,

Hтр =42,8+54,3Q2 м,

Hав 1 =46,1+212,1Q2 м,

Hав 1,5 =46,1+194,5Q2 м.

Таблица 11 – Работа насосной станции

Q, л/сHН, мКПД,%HН(1+2) мHС. ДП мHС. ТР мHС. П мHС. АВ1 мHС. АВ1,5 м
0100,0100,046,142,832,546,146,1
5099,819100,046,242,932,646,546,4
15098,34399,647,344,033,749,749,2
25095,36098,849,546,235,956,254,7
35090,87097,752,849,539,265,963,0
45084,87596,257,153,843,578,974,0
55077,37394,362,659,349,095,187,8
65068,36892,169,165,855,5114,5104,4
75057,889,476,773,463,1137,2123,7
85045,886,485,482,171,8163,1145,8
95032,383,195,291,981,6192,3170,6
105017,379,4106,1102,892,5224,7198,2

Рисунок 11 – График работы насосной станции

График работы насосной станции (рисунок 11) выражает зависимость напоров, подач и КПД от характеристик водопроводной сети.

Таблица 12 – Расчет графика водопотребления, л/с

Часы сутокQрасчQн1Qн2К
0 – 1500,014208403
1 – 2533,3443,2
2 – 3416,6752,5
3 – 4433,3422,6
4 – 5583,3453,5
5 – 6683,3474,1
6 – 7733,3484,4
7 – 8816,6834,9
8 – 9816,6834,9
9 – 10933,3525,6
10 – 11816,6834,9
11 – 12783,3494,7
12 – 13733,3484,4
13 – 14683,3474208404,1
14 – 15683,3474,1
15 – 16733,3484,4
16 – 17716,6814,3
17 – 18683,3474,1
18 – 19750,0154,5
19 – 20750,0154,5
20 – 21750,0154,5
21 – 22800,0164,8
22 – 23800,0164,8
23 – 24533,3443,2

График водопотребления (рисунок 12) выражает зависимость

Qрасч = Qсут Pt, (15)

Где Qрасч – расчетное водопотребление в разные часы суток; Pt – доля водопотребления в каждый час от Qсут

Рисунок 12 – Графика водопотребления

По рабочим точкам рисунка 11 определяются подачи Qнi, напоры Hнi и hнi при работе одного, и двух насосов в рабочих режимах, а по графику рисунка 12 – сколько часов в сутки ti заняты эти насосы. По этим значениям вычисляются удельный расход электроэнергии, квт-ч/м3 .

Таблица 13 – Данные проекта насосной станции

ПараметрыРабочие режимыАвария (одна перемычка)Пожар
Q максимальныйQ минимальной
РасчетГрафикРасчетГрафикРасчетГрафикРасчетГрафик
Число рабочих насосов1212222222
Q, л/с420840630850458870588550915950
H, м568669878485114967882
η, %736473736075
T, ч/сут123

Действительная подача станции составляет

Q=(1*0,63+23*0,85)*3600=72650 м3 /сут.

Расход электроэнергии определяется по формуле

, (16)

Где Н1 , Н2 , – напоры, создаваемые при работе 1-го, 2-х насосов, м3 ;

ŋ1 , ŋ2 – КПД при работе 1-го, 2-х насосов;

ŋдв – КПД двигателя, принимается ŋдв =0,95.

кВт-ч.

Удельный расход электроэнергии, кВт-ч/м3 определяется

, (17)

кВт-ч/м3 .

Список использованных источников

1 Любовский З. Е. Гидравлика и насосы. Новокузнецк, 2005.

2 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Нормы проектирования: СНиП 2.04.02-84* . М.: Стройиздат, 1985.

3 Шевелев Ф. А., Шевелев А. Ф. Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб. М.: Стройиздат, 1984.

4 Карасев Б. В. Насосные и воздуходувные станции.- Минск. “Высшая школа”, 1990.



Зараз ви читаєте: Насосная станция второго подъема